Lebenslauf - Life Science Nord

Drahtlose Oberflächenwellensensoren in der Herzdiagnostik (V)
Anna Karilainen, Institut für Mikrosystemtechnik, Technische Universität Hamburg-Harburg,
Eißendorfer Straße 42, 21073 Hamburg, anna.karilainen@tuhh.de, Tel. 040 42878 2395
Ziel
In Deutschland leiden jährlich 300 000 Menschen unter Herzanfall, und Herz- und Kreislauferkrankungen
zählen zu den häufigsten Todesursachen. Könnten diese Erkrankungen in einer frühen Phase
besser diagnostiziert werden, würde das Risiko von irreparablen schäden vermindert. Eine frühe Diagnostizierung
kann durch kontinuierliche Überwachung von Risikogruppen erfolgen. Damit werden hohe
Anforderungen an die Überwachungsgeräte gestellt, z. B. bezüglich Patientenkomfort. Dies kann durch
drahtlose Datenübermittlung, Miniaturisierung oder Implantierung verbessert werden. Unser Ziel ist die
Entwicklung eines miniaturisierten, drahtlosen EKG Aufnehmer und eines implantierbaren Herzdrucksensor
für Langzeitdiagnostik.
Methoden
Als Sensoren werden Oberflächenwellen (surface acoustic wave, SAW) Transponder benutzt. Die SAW-
Technik basiert auf dem Prinzip der Wandlung eines elektrischen Signals mit Hilfe einer Interdigitalstruktur
(IDT) in eine Oberflächenwelle auf einem piezoelektrischen Substrat. Im EKG-Sensor wird eine
Lastimpedanz des SAW Transponders durch einen LC-Schwingkreis realisiert. Dessen Impedanz lässt
sich durch einem Varaktor verstimmen. Die Kapazität des Varaktors wird durch das Herzpotential bestimmt
[1]. Im Herzdrucksensor wird die SAW Transponder mechanisch durch den Herzdruck gebogen
[2]. Diese beiden Messmethoden führen zur Phasenmodulation des Sensorsignals, das in einem externen
Modul ausgewertet werden kann.
Ergebnisse
Zur Interpretation des Verfahrens wurde eine EKG-Kurve aufgenommen und in Abbildung 1 dargestellt.
Das beschriebene Herzdruckmessprinzip konnte durch Messungen mit Druckluft bestätigt werden. Die
Ergebnisse sind in Abbildung 2 verdeutlicht.
Phase (grad)
Phase[°]
160
140
2 3 4 5
time[s]
EKG
Phase (grad)
Zeit (s)
Druck (mbar)
Abbildung 1. EKG-Kurve. Abbildung 2. Druckmess-Kurve.
Schlussfolgerung
Der EKG Aufnehmer sowie der Herzdrucksensor wurden nach den oben beschriebenen Methoden
aufgebaut. Die Ergebnisse sind für die genannten Anwendungen sehr vielversprechend. Sie lassen
jedoch auch erkennen, dass eine weitere Optimierung des EKG-Sensors erforderlich ist, um auftretendes
Rauschen zu reduzieren. Der Aufbau des Drucksensors muss nun in der Hinsicht weiter entwickelt
werden, dass er auch unter Umgebungsbedingungen, wie sie im Herzen vorhanden sind (niedrige
Drücke) erfolgreich eingesetzt werden kann.
Literatur
[1] Karilainen, A et Al., Mobile Patient Monitoring Based on Impedance-Loaded SAW-Sensors, IEEE
TUFFC 51(11)2004, Pp. 1464–69.
[2] Pohl, A et Al., Monitoring the tire pressure at cars using passive SAW sensors.
IEEE Ultrasonics Symposium 1(1)1997, Pp. 471–4.
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